Verbreitung von Bacillus‑Arten im lytischen Kulturerbe der rupestrischen Kirche Santa Lucia alle Malve

Eine verborgene Welt in einer antiken Steinkirche

Besucher der in den Fels gehauenen Kirche Santa Lucia alle Malve in Matera, Süditalien, werden meist von den jahrhundertealten Fresken und der dramatischen, höhlenartigen Architektur angezogen. Doch nur unter der abblätternden Farbe und dem verwitterten Kalkstein liegt eine geschäftige, unsichtbare Welt von Bakterien. Diese Studie öffnet ein Fenster zu diesem verborgenen Leben und zeigt, wie eine Handvoll widerstandsfähiger Mikroben leise das Schicksal dieses zum UNESCO‑Weltkulturerbe gehörenden Denkmals mitbestimmt – manchmal drohend für seine Oberfläche, manchmal potenziell schützend.

Eine Steinstadt, in eine Klippe gemeißelt

Santa Lucia alle Malve ist Teil der berühmten rupestrischen Landschaft von Matera, in der Häuser und Kirchen direkt in weiche Kalksteinfelsen ausgehauen wurden. Die Innenwände der Kirche sind mit fragilen Gemälden geschmückt, zeigen aber auch Schlieren, Moos, Algen und andere Abbausymptome. Da das Gebäude vollständig in den Fels gehauen ist, mit wenig direkter Sonneneinstrahlung und dauerhafter Feuchtigkeit, die durch den Stein sickert, bietet es einen stabilen, kühlen und feuchten Zufluchtsort für Mikroorganismen. Bislang hatte noch niemand im Detail kartiert, welche Bakterien tatsächlich auf diesen inneren Steinoberflächen leben, obwohl das Verständnis dieser Gemeinschaften entscheidend ist, um die darauf haftenden und sie manchmal zersetzenden Kunstwerke zu erhalten.

Den mikrobiellen Fingerabdruck lesen

Die Forschenden näherten sich dem Problem auf zwei Wegen. Zuerst entnahmen sie winzige Schabproben und Tupfer von vier Stellen an den Innenwänden der Kirche und nutzten DNA‑basierte Methoden, um die bakteriellen „Barcodes“ in jeder Probe auszulesen. Diese metagenomische Untersuchung zeigte eine überwältigende Dominanz einer Bakteriengruppe: Bacillota, und insbesondere die Gattung Bacillus. Mehr als 99 % der genetischen Lesungen gehörten zu dieser Gruppe, nur vereinzelt wurden andere Bakterien nachgewiesen. Zweitens züchtete das Team lebende Bakterien aus den Proben im Labor und untersuchte ihre Formen, Verhaltensweisen und genetischen Sequenzen. Sieben repräsentative Stämme wurden isoliert und eingehend untersucht, wobei sich zeigte, dass fast alle nahe Verwandte innerhalb von zwei Clustern waren: der Bacillus cereus‑Gruppe und der Bacillus licheniformis‑Gruppe.

Gleiche Gene, unterschiedliche Persönlichkeiten

Auf den ersten Blick wirken diese wandbewohnenden Bacillus‑Stämme genetisch sehr ähnlich; mehrere teilen nahezu identische Sequenzen in einem Standard‑Marker‑Gen, das zur Identifizierung verwendet wird. Bei genauerer Betrachtung verhält sich jedoch jeder Stamm etwas anders. Die Wissenschaftler prüften, wie sie sich bewegen, welche Nahrungsquellen sie nutzen, welche Enzyme sie produzieren und ob sie widerstandsfähige, ruhende Sporen bilden können. Trotz ihrer nahezu übereinstimmenden DNA zeigten die Stämme in diesen Tests unterschiedliche „Persönlichkeiten“. Das deutet darauf hin, dass die Steinoberfläche eine Gemeinschaft mit geringer genetischer Vielfalt, aber reicher funktioneller Diversität beherbergt, die viele verschiedene chemische Reaktionen ausführen kann, welche das Altern des Steins und der Fresken im Laufe der Zeit beeinflussen könnten.

Unerwartete Insektenkiller und Spuren menschlicher Präsenz

Unter den Isolaten stachen zwei hervor: Sie produzierten winzige Proteinkristalle neben ihren Sporen, ein Kennzeichen von Bacillus thuringiensis, einem Bakterium, das weithin als natürliches Insektizid verwendet wird. Diese Kristalle enthalten Proteine, die bestimmte Insektenlarven töten können, was das Vorkommen solcher Stämme im dunklen, relativ insektenarmen Kircheninneren überraschend macht. Ihr Nachweis stützt die Idee, dass diese Bakterien alternative Lebensweisen haben könnten, möglicherweise in Partnerschaften mit Pflanzen oder anderen Organismen leben, statt sich ausschließlich auf Insekten zu verlassen. Eine weitere isolierte Art, Staphylococcus warneri, ist eher als harmloser Bewohner der menschlichen Haut bekannt. Ihr Auftreten auf den Steinoberflächen deutet auf einen mikrobiellen „Fingerabdruck“ von Besucherinnen und Besuchern hin und zeigt, dass der Tourismus die mikroskopischen Bewohner der Kirche subtil umgestaltet.

Was das für den Schutz der Vergangenheit bedeutet

Für Nicht‑Fachleute, die sich um die Sicherheit eines Besuchs sorgen, sind die Befunde beruhigend: Die bakterielle Zusammensetzung an den Wänden deutet nicht auf ernsthafte Gesundheitsrisiken für Touristinnen und Touristen hin. Für Konservatorinnen und Konservatoren ist das Bild jedoch komplexer. Die Dominanz sporulierender Bacillus‑Arten erklärt, warum Mikroben in der harten Steinumgebung so hartnäckig persistieren, und ihre unterschiedlichen Eigenschaften deuten darauf hin, dass sie entweder zur langsamen Oberflächenschädigung beitragen oder unter geeigneten Bedingungen den Stein durch Bildung schützender Mineralschichten stabilisieren könnten. Indem die Studie genau zeigt, welche Mikroben vorhanden sind und wie sie sich verhalten, schafft sie eine wesentliche Grundlage für künftige Strategien, die nützliche Bakterien nutzen, schädliche begrenzen und die empfindlichen Kunstwerke von Santa Lucia alle Malve besser für kommende Generationen schützen könnten.

Zitation: Santacroce, M., Baranek, J., Adamski, Z. et al. Prevalence of Bacillus species in the lytic cultural heritage of Santa Lucia alle Malve Rupestrian Church. Sci Rep 16, 12992 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41655-4

Schlüsselwörter: Mikrobiologie des Kulturerbes, Stein‑Biodeterioration, Bacillus‑Gemeinschaften, in den Fels gehauene Kirchen, Bioprotektion von Denkmälern